4.3Генератор импульсов на двух логических элементах с двумя

4.4Генератор импульсов на четырех логических элементах с одним

4.5Генератор импульсов на двух логических элементах с одним

4.6Генераторы импульсов на логических элементах в ждущем режиме. 157

4.8Генератор импульсов на туннельном диоде в автоколебательном

3

5.2Генератор синусоидальных колебаний с LC контуром и

5.6Генераторы синусоидальных колебаний с кварцевой стабилизацией 202

4

1 КЛЮЧИ

Выделяют контактные, диодные, транзисторные, тиристорные, пневматические и гидравлические ключи.

1.1 Контактные ключи

Контактные ключи применяются в тех случаях, когда необходим минимальный дрейф, т.е. медленное и самопроизвольное изменение выходного напряжения при нулевом напряжении источника питания.

В сущности, дрейф – это термоЭДС, образующаяся между замкнутыми позолоченными (не позолоченными) контактами вследствие наличия микропримесей. Например, в медицине они применяются для измерения разности потенциалов между точками поверхности кожи.

Контактные ключи имеют минимальное сопротивление в замкнутом состоянии, максимальное сопротивление в разомкнутом состоянии, обеспечивают хорошую гальваническую развязку, так как между контактами и обмоткой управления находится изоляция.

Недостатки: низкочастотный диапазон, малая надёжность, быстрый износ. Достоинство: хорошая радиационная устойчивость.

Ниже, на рисунке 1.1, приведена схема двухполупериодного контактного преобразователя.

Рисунок 1.1 – Схема двухполупериодного контактного преобразователя

Переключатель вибрирует под воздействием обмотки возбуждения ОВ. Типовая частота вибрации составляет 50Гц, хотя известны интегральные

5

преобразователи с частотой до 500 кГц. Таким образом, сигнал преобразуется, т.е. модулируется в более высокочастотный, как показано на рисунках 1.2 а, б, в.

Рисунок 1.2,а, б, в – Преобразование сигнала EC

Частота сигнала обмотки возбуждения должна быть не менее чем на порядок больше в сравнении с наивысшей частотой в спектре преобразуемого сигнала.

Общее свойство: преобразователь удовлетворяет принципу двойственности, т.е. если справа на обмотку подать промодулированный сигнал, а вместо источника сигнала включить нагрузку, то на этой нагрузке выделится первичный модулирующий сигнал.

6

Из графика, изображенного на рисунке 1.2, в, следует, что при переходе синусоиды рисунка 1.2, а в отрицательную область на последнем меняется фаза на

180O .

Если взять двухфазный двигатель переменного тока, на одну из обмоток подать сигнал, изображенный на рисунке 1.2, б, а на другую – на рисунке 1.2, в, то в момент точки А двигатель изменит направление вращения, т.е. по ротору будет работать как демодулятор.

Схемы однополупериодных преобразователей изображены на рисунке 1.3, а, б.

Рисунок 1.3, а, б – Однополупериодные контактные преобразователи

Предпочитают вторую схему с замыканием на землю. Сигнал появляется, когда контакт разомкнут. В этой схеме выше помехоустойчивость, потому что помехи и наводки закорачиваются при замкнутом контакте.

Достоинство двухполупериодной схемы – высокая помехоустойчивость, т.к. вторичная обмотка настраивается в резонанс и вместе с трансформатором фильтрует помехи, в то время как в однополупериодной схеме помехоустойчивость ниже. Коэффициент передачи схем:

прямоугольных импульсов в ряд Фурье с выделением первой гармоники. Коэффициент π2 соответствует однополупериодной схеме.

7

RН/ – приведенное сопротивление вторичной обмотки по отношению к первичной через коэффициент трансформации.

1.2 Диодные ключи

Выделяют неуправляемые и управляемые диодные ключи.

Основные характеристики:

1 Дрейф самый большой в сравнении любыми другими ключами.

2 Неуправляемые диодные ключи выявляют КПД до 95%,управляемые - до 5%(это недостаток).

Достоинство диодных ключей – несложность схем, высокочастотность. Как самые быстродействующие элементы, свето-фотодиоды и диодные

лазеры широко применяются в электронно-световых и свето-электронных преобразованиях.

На рисунке 1.4, а, б изображены последовательное и параллельное расположение диодных неуправляемых ключей.

VD

Рисунок 1.4, а, б – Неуправляемые диодные ключи в схемах

При возрастании EC в положительной области ток протекает по цепи : + EC R C VD R H -EC , поэтому напряжение на выходе увеличивается, как показано на рисунке 1.5, а. Обратное направление EC закрывает диод VD, тока в нагрузке RН почти нет, следовательно, наклон характеристики незначительный. Положительная полярность EC в схеме рисунка 1.4, б образует ток и падение напряжения на VD в прямом направлении, диод открыт, а наклон характеристики

8

EC EC

Рисунок 1.5, а, б – Графики напряжений в схемах рисунков 1.4, а и 1.4, б

На рисунке 1.6, а, б приведены выпрямительные схемы на неуправляемых диодных ключах:

a)

VD1

U

VD2

Тр

б)

1

U

Рисунок 1.6, а, б – Схемы двухполупериодных выпрямителей

9

Первая схема содержит два диодных ключа VD1, VD2, но вторичная обмотка трансформатора имеет вывод от средней точки. Во второй схеме четыре диодных ключа, и если она не имеет вывода от средней точки трансформатора, то напряжение на выходах 1…2 такое же, как в схеме на рисунке 1.6, а. Средняя точка позволяет получить симметричное напряжение 1…3 и 2…3, в сущности, разделить напряжение 1…2 пополам.

На рисунке 1.7, а, б изображены две схемы преобразователей с управляемыми диодными ключами. В первой управляющее напряжение подается на диодные ключи через разделительный трансформатор, вторичная обмотка которого имеет среднюю точку 2. Во второй схеме фотодиоды VD1, VD2 открываются и закрываются оптическим лучом или его отсутствием от светодиодов VD1' и VD2' в составе оптопар.

Рисунок 1.7 , а, б – Однополупериодные схемы преобразователей с управляемыми диодными ключами

10

присоединить R Н , то схема работает как демодулятор. Расчетные соотношения те же, что и для предыдущей схемы. Вариант с оптронами разработать самостоятельно. Коэффициент передачи аналогичен двухполупериодной контактной схеме.

Если на зажимы выхода подать такое же по частоте напряжение, что и опорное, то получаем промежуточный этап осциллограмм, изображенных на рисунке 1.9 а, б, в.

UОП

UДЕМ

URН

Рисунок 1.9, а, б, в, – Осциллограммы напряжений на нагрузке RН ,

включенной вместо ЕС , RC

13

На этом рисунке UОП – опорное напряжение, UДЕМ – демодулируемое

напряжение, подаваемое к зажимам трансформатора ТР2 , обозначенным ВЫХ, URН – напряжение на R Н , включаемом вместо R C , EC . Осциллограммы

соответствуют трем случаям. На рисунке 1.9, а фазы UОП и UДЕМ совпадают, соответственно на R Н выявляются положительные полусинусоиды. На рисунке 1.9, б фазы противоположны, поэтому на нагрузке R Н изображены отрицательные полусинусоиды. Рисунок 1.9, в иллюстрирует фазовый сдвиг π 2 (90°), полусинусоиды UДЕМ скачком разрываются на две половины, одна в

положительной части осциллограммы, другая – в отрицательной. В целом, из вида осциллограммы URН рисунка 1.9, в следует, что она не содержит постоянной составляющей. Таким образом, если изменять фазу UДЕМ (или UОП )

от нуля, как это изображено на рисунке 1.9, а до 180°, как на рисунке 1.9, в, то по постоянной составляющей URН получаем кривую, изображенную на рисунке 1.10, которую называют дискриминационной. Она имеет форму синусоиды.

URН

совпадение фаз

90°

противофазность

Рисунок 1.10 – Дискриминационная кривая

В автоматике системы управления с обратной связью имеют структурные схемы, одна из которых изображена на рисунке 1.11.

14